用复杂网络理论分析电网连锁性大停电事故机理

针对世界上连续发生的电网连锁性大停电事故,论述了长期以来采用的还原法的思想方法已不完全适应对电网整体动态特性的研究。简述了复杂网络的基本概念;综述了应用复杂网络理论,对美国和中国电网大停电事故的部分数据统计分析的结果。发现电力系统的无标度特性:大停电的规模与出现的概率具有幂律特征,而电网的自组织临界性是发生连锁性大停电事故的内在动力。提出建立实时动态的全国沙堆模型,为预测大停电事故提供实时信息和应用复杂网络的控制理论对电网关键节点进行保护和控制,以缓解大停电事故发生的设想。     

基于局部贪婪优化的电网自组织临界子区域辨识方法

针对传统电力系统自组织临界现象研究角度及其物理模型——沙堆模型无法有效解释当前电网级联事故体现出的新特征,提出了社区自组织临界性概念及其物理模型——重叠沙堆模型。首先,应用能量函数并结合直接法的建模方式,量化电网线路之间的能量关联关系,并由从构造出加权无向复杂网络模型;之后,在此模型的基础上,运用局部贪婪优化算法实现电网自组织临界子区域辨识;最后,通过级联故障模拟仿真量化分析自组织临界子区域作用。研究表明,电网级联事故本质上是某一子区域达到SOC状态;在以线路为基本结构单元,能量函数量化权重的复杂网络模型的执行环境内,局部贪婪优化算法可有效挖掘电网中的自组织临界子区域。为电网级联事故安全性分析提供新的思路。     

基于相对值法的区域电网停电事故自组织特性分析

考虑到电网的规模处于不断增长的过程中,给出了用电网总装机容量对损失负荷取相对值,来分析电网停电事故自组织临界特性的方法。通过对东北、西北电网1981—2002年和1981—2010年2个时间段内停电事故数据相对值的分析,不同历史时段的大规模停电事故服从幂律分布,进一步证明了中国区域电网具有自组织临界性的典型特征。该方法用于事故损失数据处理后,排除了电网随时间生长对自组织临界特性的影响因素,便于以事故损失数据对电网危险程度进行分级,同时还可以对不同规模的电网事故数据进行横向比较,得出的宏观结果可以供电网的调度运行及规划部门参考。     

基于连续潮流模型的电网自组织临界性的探讨

建立了一个基于连续潮流电网连锁故障模型,通过引入了一个切负荷控制模块,有效的选择切负荷点、切负荷量,模拟仿真了电网大停电事故的发生过程。结果表明:该模型不但能更有效地揭示电网大停电事故机理中自组织临界性,而且可以有效地防止大停电事故的发生,降低大停电发生的风险。     

电网停电事故的自组织临界性及其极值分析

对复杂电力系统灾变以及电网发生连锁性大停电事故机理的研究表明，自组织临界性是电网停电事故的特征。极值理论主要以极值为研究对象，传统上被用来预测海啸、地震、洪水等自然灾害。文中将极值理论应用于电网停电事故的自组织临界性的研究中，在电网停电事故的标度一频度幂律分布特征下，证明了停电事故发生规模的极值分布为极限收敛于Ⅰ型渐近分布。利用计算公式以东北及西北电网的停电事故为例，进行了初步的计算分析。     

电力系统自组织临界特性分析与仿真模型

电力系统自组织临界性的研究尚处于初级阶段，其概念并不十分清晰，需要进一步研究，其还没有公认的可以作为研究电力系统自组织临界性的标准模型出现。针对这种情况，首先重新对比了沙堆模型与电力系统，对电力系统的自组织临界现象给出了新的分析和解释；建立了一个用于仿真电力系统自组织临界性的模型；最后利用这个模型对我国的一个实际电网进行了仿真计算，得到了表征电力系统自组织临界性的幂律特性曲线，同时分析了决定电网自组织临界性的参数。     

基于最优潮流的停电模型及自组织临界性分析

在分析现有停电模型不足的基础上,利用自组织临界理论和最优潮流(OPF),建立了电网连锁故障和停电模拟模型.该模型包含反映电网连锁故障的快动态以及电力系统发展的慢动态2个过程.IEEE 30节点系统的仿真表明:该模型的快动态能够模拟连锁故障过程,并从微观上揭示了快动态系统的自组织临界性;此外,以系统总负荷需求和网络总传输容量比值作为特征量,可从宏观上初步揭示互联电网的自组织临界性;进一步,提升线路输送能力可以有效地防止大规模停电灾变事故的发生,降低停电风险.     

沙堆模型的原理及其在电力系统中的应用

电力系统大停电具有自组织临界特性,电力系统过载或过负荷同样具有基于自组织临界理论中的协同学原理所揭示的规律。提出了一种能够形象地说明协同学原理的沙堆模型,设计出了沙堆模型的程序流程图,编写出了沙堆模型程序,并且设定了沙堆模型算例。通过总结不同算例的计算结果,分析了沙粒的分布特性。计算结果表明沙堆模型能够很好地模拟协同学原理所揭示的规律,为今后进一步利用沙堆模型,研究其在电力系统中的应用提供理论基础。     

类比沙堆模型的电网危害性事件序列展示模型

为了给大面积停电和自组织临界性问题的研究提供一种基础技术手段,根据沙堆模型与电力系统危机演变展示模型间存在一定类比性,建立了类比沙堆模型的电力系统危害性事件展示模型,大面积停电危机演变过程中,经常出现的危害性事件有两种:一种是事故跳闸或连锁跳闸,另一种是电压失稳或崩溃。与沙堆模型中沙粒总是不断地下落相对应,类比沙堆模型的电力系统危害性事件展示模型中,负荷需求不断地增长着,模型从初始状态出发,在负荷需求不断增长的条件下,不同的危害性事件将依次呈现出来,展示危机演变的进程。     

中国电网停电事故统计与自组织临界性特征

通过中国东北、西北、华中、南方及全国电网在1981年～2002年间重大停电事故的时间序列,基于分形的思想,构建了停电事故的损失负荷数与频度的关系模型。经计算表明,停电事故的自组织临界特性是客观存在的,而分形的幂律值则是一个依赖于标度的不同而相对变化的数值。通过在同一标度一频度下比较还发现,东北与西北电网的幂律值相近,华中与南方电网的幂律值相近,这说明了两局网向临界状态演化的过程有相似之处。     

印度“7.30”、“7.31”大停电事故分析及启示

2012年7月30和31日,印度发生了世界范围内影响人口最多的大规模停电事故。两次事故均起源于北部和西部电网400 kV联络线线路跳闸,随后发生的连锁故障导致电网崩溃,大停电事故对北部、东部、东北部造成严重影响。文中介绍事故前印度电网的运行状况及事故的起因、经过、恢复等情况,从技术、管理和体制方面分析事故发生的原因,并结合我国电网实际,提出保障电网安全稳定运行、防止大停电事故发生的建议。     

基于异质元胞自动机的电网停电机理仿真模型

为研究互联电网大停电的机理,提出了异质元胞自动机模型并将其用于模拟互联电网。首先,定义了元胞、同质邻居元胞、异质邻居元胞、元胞自动机模型、元胞自动机状态及故障传递规则;其次,将区域电网用元胞自动机进行模拟,并考虑不同区域电网之间的相互影响,建立了异质元胞自动机模型;随后,在电网受到大扰动和小扰动的情况下,利用异质元胞自动机模型对分区后的IEEE 118节点系统进行停电事故仿真,仿真结果表明各区域电网和整体电网大停电事故的标度-频度满足幂律分布,验证了此模型的可行性;最后,将异质元胞自动机模型与元胞自动机模型进行对比,并结合电网实际数据,结果表明此模型能更好地模拟互联电网大停电事故。     

自组织临界性与大停电事故预测

围绕当前电力系统自组织临界性(SOC)模型及大停电事故幂律关系的研究,从物理学的角度讨论了SOC的理论意义,说明了SOC模型为停电事故危险性分析中使用过去的有限资料来预测未来事故的方法提供了较为合理的理论依据。论述了电力系统SOC模型的着眼点,并不是某一次大停电事故,而是由很多停电事故构成的事故群体;电力系统SOC模型的重点,是试图说明事故群体的普遍性规律,并不是要阐明某一个具体大停电事故的规律。尽管SOC是一个简单的模型,但它不仅在提醒人们从物理学角度思考停电事故预测的可能性方面,还是在揭示简单的物理模型对于理解复杂停电事故现象的价值方面,都有着重要的作用。     

基于异质元胞自动机的互联电网连锁故障控制措施

为减少互联电网停电事故的规模及频率,提出了一种基于异质元胞自动机的互联电网连锁故障控制措施。首先,依据互联电网由多个不同特性的区域电网构成这一实际,并考虑区域电网间相互影响,建立了异质元胞自动机的互联电网连锁故障模型。其次,考虑各区域电网特性和不同故障阶段区域间的协调关系,提出了一种多区域多阶段线路潮流控制措施。最后,以IEEE118节点系统作为仿真案例,采用异质元胞自动机模型进行停电事故仿真,分别从幂律分布和故障时间序列两个方面验证了控制措施的有效性。并通过与其他控制措施比较,展示了其所具有的优越性。仿真结果表明:调度人员根据各区域电网运行情况,合理选择区域间的支援系数,可有效降低各区域电网大停电风险。     

广义极值理论在大停电事故损失负荷预测中的应用

近年来随着区域电网的互联升级,大停电事故的风险随之增加。对停电风险进行预测,具有重要的现实意义。文中应用广义极值分布模型来预测电网停电事故损失负荷。首先,通过对1981至2012年全国电网停电事故损失负荷数据的分析,证明了损失负荷数据不适合直接作为极值分析的样本;然后采用相对值法对停电事故损失数据进行处理,以消除电网规模变化对数据分析的影响,给出了广义极值下的预测模型;最后,以1997至2012年的相对值数据对未来全国电网的事故概率及损失负荷情况进行了预测,进而推算出各区域电网对应的事故损失负荷预测值,并通过实际事故数据验证了所述方法的可行性。     

特高压同步电网构建方案论证及安全性分析

目前,我国电网基本实现了全国互联,全国形成了东北-华北-华中、华东、西北、南方 4个主要同步电网。未来我国同步电网的构想中将东北-华北-华中电网调整为华北-华中-华东同步电网,以特高压为骨干网架,全国形成华北-华中-华东、西北、东北、南方 4个主要的同步电网。特高压同步联网可实现长距离、大容量输电,促进跨大区、跨流域水火电互济和更大范围资源优化配置提供网架支持,避免出现通过 500kV交流线路联接大区电网存在的动态稳定问题,同时可解决 500kV电网短路电流超标问题。     

中美电网的小世界拓扑模型比较分析

近来,世界范围内接二连三地发生大规模电网停电事故,引起人们对电网可靠性的高度关注.文中从电网拓扑统计特性入手,在深入讨论小世界网络模型后,对美国西部电网和中国北方互联电网进行比较分析,得出中、美两国的大区电网都属于小世界网络的结论.在此基础上,定性分析电网的小世界特性对级联故障传播的影响.